Dieses Quiz als Battle spielen: Deutsch, Klasse 11-13, G-Niveau

Elektrisches Feld - Physik

Einleitung

Ein elektrisches Feld ist der Raum um elektrische Ladungen, in dem auf andere Ladungen eine elektrische Kraft wirkt. Du kannst das Feld nicht direkt sehen, aber mit einer kleinen positiven Probeladung untersuchen. Die Richtung der Kraft auf diese positive Probeladung gibt die Feldrichtung an.

In diesem aiMOOC lernst Du, elektrische Felder mit Feldlinien darzustellen, die elektrische Feldstärke zu berechnen und homogene sowie radiale Felder zu unterscheiden. Außerdem untersuchst Du den Plattenkondensator, das elektrische Potential, die Influenz und die Abschirmung durch Leiter.

Lernziele

Nach der Bearbeitung kannst Du

elektrische Felder als Kraftfelder beschreiben.
Feldlinienbilder lesen und zeichnen.
die Feldstärke mit $\vec{E} = \frac{\vec{F}}{q}$ bestimmen.
radiale und homogene Felder unterscheiden.
den Zusammenhang $E = \frac{U}{d}$ beim Plattenkondensator anwenden.
einfache Situationen mit Kraft, Ladung, Spannung und Abstand erklären.

Elektrische Ladung und Kraft

Elektrische Ladung besitzt ein Vorzeichen. Gleichnamige Ladungen stoßen sich ab, ungleichnamige Ladungen ziehen sich an. Die Einheit der Ladung ist das Coulomb mit dem Einheitenzeichen $C$ .

Die Kraft zwischen zwei kleinen, ruhenden Ladungen wird durch das Coulombsche Gesetz beschrieben:

$F = \frac{1}{4 π ε_{0}} \cdot \frac{| Q \cdot q |}{r^{2}}$

Dabei sind $Q$ und $q$ die Ladungen, $r$ ihr Abstand und $ε_{0}$ die elektrische Feldkonstante. Wird der Abstand verdoppelt, sinkt die Kraft auf ein Viertel.

Das Feld als Modell

Das elektrische Feld beschreibt die Wirkung einer Ladung auf ihre Umgebung. Eine Probeladung soll so klein sein, dass sie das untersuchte Feld kaum verändert. Für eine positive Probeladung zeigen Kraft und Feldstärke in dieselbe Richtung. Für eine negative Ladung zeigt die Kraft entgegengesetzt zur Feldrichtung.

Elektrische Feldstärke

Die elektrische Feldstärke ist ein Vektor. Sie besitzt also Betrag und Richtung. Definiert ist sie durch

$\vec{E} = \frac{{\vec{F}}_{e l}}{q}$

Daraus folgt für die Kraft auf eine Ladung:

${\vec{F}}_{e l} = q \cdot \vec{E}$

Die Einheit lautet

$1 \frac{N}{C} = 1 \frac{V}{m}$

Beispiel: Auf eine positive Ladung von $q = 2,0 μ C$ wirkt eine Kraft von $F = 0,006 N$ . Dann gilt:

$E = \frac{0,006 N}{2,0 \cdot 1 0^{- 6} C} = 3000 \frac{N}{C}$

Feldlinien

Feldlinien machen ein elektrisches Feld sichtbar. Sie sind ein Modell und keine materiellen Fäden.

Feldrichtung: Die Tangente an eine Feldlinie zeigt die Richtung der Kraft auf eine positive Probeladung.
Feldliniendichte: Wo Feldlinien dichter liegen, ist das Feld stärker.
Ladungsvorzeichen: Feldlinien beginnen an positiven und enden an negativen Ladungen oder im Unendlichen.
Feldlinienregel: Feldlinien schneiden sich nicht, weil das Feld an jedem Ort nur eine Richtung besitzt.

Bei einem elektrischen Dipol liegen eine positive und eine negative Ladung nahe beieinander. Die Feldlinien verlaufen von der positiven zur negativen Ladung.

Wichtige Feldformen

Radiales Feld

Das Feld einer idealen Punktladung ist radial. Bei einer positiven Ladung zeigen die Feldlinien nach außen, bei einer negativen nach innen. Der Betrag der Feldstärke ist

$E = \frac{1}{4 π ε_{0}} \cdot \frac{| Q |}{r^{2}}$

Das Feld wird mit zunehmendem Abstand schnell schwächer.

Homogenes Feld

Ein Feld heißt homogen, wenn Feldstärke und Feldrichtung überall gleich sind. Im Feldlinienbild verlaufen die Linien parallel und mit gleichem Abstand. Näherungsweise entsteht ein solches Feld zwischen zwei großen, parallelen Kondensatorplatten, wenn man den Randbereich vernachlässigt.

Plattenkondensator

Ein Plattenkondensator besteht aus zwei leitenden Platten, die durch einen Isolator getrennt sind. Werden die Platten mit einer Spannungsquelle verbunden, tragen sie entgegengesetzte Ladungen. Zwischen ihnen wird elektrische Energie im Feld gespeichert.

Für das annähernd homogene Feld gilt:

$E = \frac{U}{d}$

Dabei ist $U$ die Spannung zwischen den Platten und $d$ ihr Abstand.

Beispiel: Zwischen zwei Platten liegt $U = 600 V$ . Ihr Abstand beträgt $d = 0,020 m$ .

$E = \frac{600 V}{0,020 m} = 30000 \frac{V}{m}$

Elektrisches Potential und Spannung

Das elektrische Potential beschreibt die potentielle Energie pro Ladung. Die Spannung zwischen zwei Orten ist die Potentialdifferenz:

$U = \frac{W}{q}$

Für die elektrische Arbeit gilt damit:

$W = q \cdot U$

Äquipotentiallinien verbinden Orte gleichen Potentials. Entlang einer solchen Linie ist keine elektrische Arbeit nötig. Äquipotentiallinien stehen senkrecht auf Feldlinien.

Überlagerung von Feldern

Wirken mehrere Ladungen, überlagern sich ihre Felder. Die einzelnen Feldstärkevektoren werden vektoriell addiert:

${\vec{E}}_{g e s} = {\vec{E}}_{1} + {\vec{E}}_{2} + {\vec{E}}_{3} + \dots$

Dieses Superpositionsprinzip erklärt komplexe Feldlinienbilder. An manchen Orten verstärken sich Teilfelder, an anderen schwächen sie sich ab.

Leiter, Influenz und Abschirmung

In einem metallischen Leiter können sich Elektronen bewegen. Ein äußeres elektrisches Feld verschiebt sie, bis im Inneren eines ruhenden Leiters kein elektrisches Feld mehr besteht. Diese Ladungstrennung ohne Berührung heißt Influenz.

Eine geschlossene leitende Hülle schirmt ihren Innenraum gegen äußere statische elektrische Felder ab. Dieses Prinzip heißt Faradayscher Käfig. Es wird zum Beispiel bei Fahrzeugkarosserien, Messgeräten und abgeschirmten Kabeln genutzt.

Anwendungen und Sicherheit

Elektrische Felder werden in Kondensatoren, Kopierern, Laserdruckern, Touchscreens, Teilchenbeschleunigern und Filtern genutzt. In Gewittern können starke Felder zur Ionisation der Luft und zu einem Blitz führen.

Sicherheit: Experimente mit hoher Spannung dürfen nur mit geeigneten Schulgeräten und unter Aufsicht einer Lehrkraft durchgeführt werden. Führe niemals Experimente an Steckdosen durch und öffne keine geladenen Kondensatoren.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Was beschreibt ein elektrisches Feld? (Den Raum, in dem elektrische Kräfte auf Ladungen wirken) (!Die Bewegung eines Körpers ohne Kraft) (!Nur den Strom in einem Kabel) (!Die Temperatur eines geladenen Körpers)

Wie ist die Feldrichtung festgelegt? (Durch die Kraftrichtung auf eine positive Probeladung) (!Durch die Bewegungsrichtung jeder negativen Ladung) (!Durch die Richtung der Erdanziehung) (!Durch die Farbe der Feldlinien)

Wie lautet die Definition der elektrischen Feldstärke? (E gleich F durch q) (!E gleich q durch F) (!E gleich U mal d) (!E gleich F mal q)

Welche Einheit kann für die elektrische Feldstärke verwendet werden? (Newton pro Coulomb) (!Coulomb pro Newton) (!Watt pro Sekunde) (!Kilogramm pro Volt)

Warum schneiden sich Feldlinien nicht? (Weil das Feld an einem Ort nur eine Richtung hat) (!Weil Feldlinien aus Metall bestehen) (!Weil alle Ladungen positiv sind) (!Weil elektrische Felder immer homogen sind)

Wie sehen Feldlinien in einem homogenen Feld aus? (Parallel und gleichmäßig beabstandet) (!Kreisförmig um jede Platte) (!Ungeordnet und unterbrochen) (!Nur senkrecht nach unten)

Welche Beziehung gilt näherungsweise im Plattenkondensator? (E gleich U durch d) (!E gleich U mal d) (!E gleich d durch U) (!E gleich q durch U)

In welche Richtung verlaufen Feldlinien eines Dipols? (Von der positiven zur negativen Ladung) (!Von der negativen zur positiven Ladung) (!Nur im Kreis um beide Ladungen) (!Immer senkrecht nach oben)

Was gilt im Inneren eines ruhenden metallischen Leiters? (Die elektrische Feldstärke ist null) (!Die Feldstärke ist überall maximal) (!Alle Elektronen sind verschwunden) (!Das Potential ändert sich sprunghaft)

Wie werden mehrere elektrische Felder überlagert? (Durch vektorielle Addition der Feldstärken) (!Durch Multiplikation aller Ladungen) (!Durch Addition nur ihrer Beträge) (!Durch Division der Spannungen)

Memory

Elektrische Feldstärke	Kraft pro Ladung
Probeladung	Kleine positive Ladung zum Untersuchen
Feldlinie	Tangente zeigt Feldrichtung
Homogenes Feld	Parallele gleichabständige Feldlinien
Radialfeld	Feld einer Punktladung
Äquipotentiallinie	Linie gleichen Potentials
Influenz	Ladungstrennung ohne Berührung
Faradayscher Käfig	Abschirmende leitende Hülle

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Elektrisches Feld
Feldlinien zeigen nach außen	Positive Punktladung
Feldlinien zeigen nach innen	Negative Punktladung
Abstoßende Kraft	Gleichnamige Ladungen
Anziehende Kraft	Ungleichnamige Ladungen
Annähernd homogenes Feld	Plattenkondensator

Kreuzworträtsel

Coulomb	Nach welchem Physiker ist das Kraftgesetz zwischen Punktladungen benannt?
Feldlinie	Welche gedachte Linie zeigt an jedem Punkt die Feldrichtung?
Potential	Welche Größe beschreibt die potentielle Energie pro Ladung?
Influenz	Wie heißt die Ladungstrennung in einem Leiter ohne Berührung?
Kondensator	Welches Bauteil speichert Energie in einem elektrischen Feld?
Probeladung	Welche kleine positive Ladung dient zur Untersuchung eines Feldes?

LearningApps

Lückentext

Ein elektrisches Feld übt auf elektrische

Kräfte aus. Die Feldrichtung entspricht der Kraftrichtung auf eine positive

. Die Feldstärke ist als Kraft pro

definiert. Ihre Einheit kann Newton pro

sein. Feldlinien beginnen an positiven und enden an

Ladungen. Im homogenen Feld verlaufen die Feldlinien

. Zwischen großen Kondensatorplatten gilt näherungsweise E gleich U durch

. Linien gleichen elektrischen Potentials heißen

. Die Ladungstrennung in einem Leiter ohne Berührung heißt

. Eine geschlossene leitende Hülle wirkt als Faradayscher

.

Offene Aufgaben

Leicht

Feldlinien zeichnen: Zeichne die Feldlinien einer positiven und einer negativen Punktladung. Markiere die Pfeilrichtung.
Begriffe erklären: Erkläre mit eigenen Worten die Begriffe Feld, Probeladung und Feldstärke.
Alltagsbeispiel: Suche ein Alltagsgerät, in dem ein Kondensator vorkommt, und beschreibe seine Aufgabe.
Sicherheitsplakat: Gestalte ein kleines Plakat mit Regeln für sichere Elektrostatik-Experimente.

Standard

Feldstärke berechnen: Erfinde eine Aufgabe zu E gleich F durch q und löse sie mit Einheiten.
Plattenkondensator untersuchen: Vergleiche rechnerisch, wie sich die Feldstärke ändert, wenn Spannung oder Plattenabstand verändert werden.
Experiment dokumentieren: Beobachte unter Aufsicht einer Lehrkraft ein Elektroskop und erstelle ein Versuchsprotokoll.
Erklärvideo: Produziere ein kurzes Video, das den Unterschied zwischen radialem und homogenem Feld erklärt.

Schwer

Superposition untersuchen: Zeichne für zwei gleichnamige Ladungen die Teilfelder und konstruiere an mehreren Punkten das Gesamtfeld.
Potentialmodell entwickeln: Baue ein Geländemodell, das Potential und Äquipotentiallinien veranschaulicht, und erkläre seine Grenzen.
Faradayscher Käfig: Plane eine Untersuchung zur Abschirmung eines elektrischen Feldes und begründe geeignete Materialien und Messgrößen.
Transferaufgabe Kondensator: Entwickle eine technische Anwendung, bei der ein veränderlicher Plattenabstand als Sensor genutzt wird.

Lernkontrolle

Modellkritik Feldlinien: Erkläre, welche Eigenschaften eines elektrischen Feldes ein Feldlinienbild gut zeigt und welche Informationen es nicht direkt liefert.
Vergleich von Feldern: Vergleiche das elektrische Feld einer Punktladung mit dem Feld eines Plattenkondensators hinsichtlich Richtung, Stärke und räumlicher Veränderung.
Fehleranalyse: Eine Schülerin behauptet, eine negative Ladung bewege sich immer in Feldrichtung. Prüfe die Aussage und verbessere sie.
Parameteränderung: Bei gleichbleibender Spannung wird der Plattenabstand halbiert. Leite die Änderung der Feldstärke her und erkläre sie anschaulich.
Experimentbewertung: Beurteile, ob eine große Probeladung zur Messung eines Feldes geeignet ist. Begründe mit dem Einfluss auf die Feldverteilung.
Anwendungstransfer: Erkläre, warum eine Metallkarosserie bei einem äußeren statischen Feld Schutz bieten kann, und nenne Grenzen dieser Aussage.

Lernnachweis

Für einen Lernnachweis solltest Du zeigen, dass Du

die Entstehung und Wirkung elektrischer Felder fachsprachlich erklären kannst.
Feldlinienbilder korrekt deutest und selbst erstellst.
mit $\vec{E} = \frac{\vec{F}}{q}$ , $\vec{F} = q \vec{E}$ und $E = \frac{U}{d}$ rechnest.
Einheiten sicher verwendest und Ergebnisse auf Plausibilität prüfst.
radiale, homogene und überlagerte Felder vergleichst.
Potential, Spannung, Influenz und Abschirmung in Zusammenhängen erklärst.
Sicherheitsregeln bei elektrostatischen Experimenten beachtest.

OERs zum Thema

Verknüpfte Lernbereiche

Elektrisches Feld

aiMOOC-Projekte

Schulfach+

Prüfungsliteratur 2026
Bundesland	Bücher	Kurzbeschreibung
Baden-Württemberg	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Mittlere Reife Der Markisenmann - Jan Weiler oder Als die Welt uns gehörte - Liz Kessler Ein Schatten wie ein Leopard - Myron Levoy oder Pampa Blues - Rolf Lappert	Abitur Dorfrichter-Komödie über Wahrheit/Schuld; Roman über einen Ort und deutsche Geschichte. Mittlere Reife Wahllektüren (Roadtrip-Vater-Sohn / Jugendroman im NS-Kontext / Coming-of-age / Provinzroman).
Bayern	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Lustspiel über Machtmissbrauch und Recht; Roman als Zeitschnitt deutscher Geschichte an einem Haus/Grundstück.
Berlin/Brandenburg	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Woyzeck - Georg Büchner Der Biberpelz - Gerhart Hauptmann Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Gerichtskomödie; soziales Drama um Ausbeutung/Armut; Komödie/Satire um Diebstahl und Obrigkeit; Roman über Erinnerungsräume und Umbrüche.
Bremen	Abitur Nach Mitternacht - Irmgard Keun Mario und der Zauberer - Thomas Mann Emilia Galotti - Gotthold Ephraim Lessing oder Miss Sara Sampson - Gotthold Ephraim Lessing	Abitur Roman in der NS-Zeit (Alltag, Anpassung, Angst); Novelle über Verführung/Massenpsychologie; bürgerliche Trauerspiele (Moral, Macht, Stand).
Hamburg	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Das kunstseidene Mädchen - Irmgard Keun	Abitur Justiz-/Machtkritik als Komödie; Großstadtroman der Weimarer Zeit (Rollenbilder, Aufstiegsträume, soziale Realität).
Hessen	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Woyzeck - Georg Büchner Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Der Prozess - Franz Kafka	Abitur Gerichtskomödie; Fragmentdrama über Gewalt/Entmenschlichung; Erinnerungsroman über deutsche Brüche; moderner Roman über Schuld, Macht und Bürokratie.
Niedersachsen	Abitur Der zerbrochene Krug - Heinrich von Kleist Das kunstseidene Mädchen - Irmgard Keun Die Marquise von O. - Heinrich von Kleist Über das Marionettentheater - Heinrich von Kleist	Abitur Schwerpunkt auf Drama/Roman sowie Kleist-Prosatext und Essay (Ehre, Gewalt, Unschuld; Ästhetik/„Anmut“).
Nordrhein-Westfalen	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Komödie über Wahrheit und Autorität; Roman als literarische „Geschichtsschichtung“ an einem Ort.
Saarland	Abitur Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Furor - Lutz Hübner und Sarah Nemitz Bahnwärter Thiel - Gerhart Hauptmann	Abitur Erinnerungsroman an einem Ort; zeitgenössisches Drama über Eskalation/Populismus; naturalistische Novelle (Pflicht/Überforderung/Abgrund).
Sachsen (berufliches Gymnasium)	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Woyzeck - Georg Büchner Irrungen, Wirrungen - Theodor Fontane Der gute Mensch von Sezuan - Bertolt Brecht Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Der Trafikant - Robert Seethaler	Abitur Mischung aus Klassiker-Drama, sozialem Drama, realistischem Roman, epischem Theater und Gegenwarts-/Erinnerungsroman; zusätzlich Coming-of-age im historischen Kontext.
Sachsen-Anhalt	Abitur (keine fest benannte landesweite Pflichtlektüre veröffentlicht; Themenfelder)	Abitur Schwerpunktsetzung über Themenfelder (u. a. Literatur um 1900; Sprache in politisch-gesellschaftlichen Kontexten), ohne feste Einzeltitel.
Schleswig-Holstein	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Recht/Gerechtigkeit und historische Tiefenschichten eines Ortes – umgesetzt über Drama und Gegenwartsroman.
Thüringen	Abitur (keine fest benannte landesweite Pflichtlektüre veröffentlicht; Orientierung am gemeinsamen Aufgabenpool)	Abitur In der Praxis häufig Orientierung am gemeinsamen Aufgabenpool; landesweite Einzeltitel je nach Vorgabe/Handreichung nicht einheitlich ausgewiesen.
Mecklenburg-Vorpommern	Abitur (Quelle aktuell technisch nicht abrufbar; Beteiligung am gemeinsamen Aufgabenpool bekannt)	Abitur Land beteiligt sich am länderübergreifenden Aufgabenpool; konkrete, veröffentlichte Einzeltitel konnten hier nicht ausgelesen werden.
Rheinland-Pfalz	Abitur (keine landesweit einheitliche Pflichtlektüre; schulische Auswahl)	Abitur Keine landesweite Einheitsliste; Auswahl kann schul-/kursbezogen erfolgen.